JPS6238380A - Measuring instrument using optical fiber - Google Patents

Measuring instrument using optical fiber

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JPS6238380A
JPS6238380A JP17843785A JP17843785A JPS6238380A JP S6238380 A JPS6238380 A JP S6238380A JP 17843785 A JP17843785 A JP 17843785A JP 17843785 A JP17843785 A JP 17843785A JP S6238380 A JPS6238380 A JP S6238380A
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optical fiber
light
tapered surface
laser light
laser
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Katsuji Hironaga
勝治 広永
Kenki Nishiura
賢亀 西浦
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NIPPON KAGAKU KOGYO KK
Nippon Chemical Industrial Co Ltd
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NIPPON KAGAKU KOGYO KK
Nippon Chemical Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To reduce the size and weight of an instrument by supplying laser light emitted by a laser light source directly to an optical fiber whose end surface is tapered. CONSTITUTION:The laser light obtained from the semiconductor laser 11 is entered into the optical fiber from its tapered surface 10a through a lens 12 and projected from the other end surface 10b. Then, when a body 6 to be measured passes before it, reflected light is supplied to the optical fiber 10 again from the end surface 10b. This reflected light is Doppler-shifted (DELTAf) in proportion to the speed of the object body 6, so the frequency of the signal light is f0+DELTAf. Further, part of the laser light propagated in the optical fiber 10 is reflected as it is and propagated as reference light of frequency f0 in the optical fiber 10 in the opposite direction together with the signal light, and then reflected totally by the tapered surface 10a. A photoelectric converter 7 performs heterodyne detection by the reference light converged by a lens 13 and the light beam of the signal light to obtain an electric signal of frequency DELTAf. A frequency measuring instrument 8 measures the frequency DELTAf, which is processed by a signal processing part 9 to obtain speed information.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は光ファイバを用い、物体の速度等を測定する光
ファイバを用いた測定装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of the Invention] The present invention relates to a measuring device using an optical fiber, which measures the speed, etc. of an object using an optical fiber.

〔従来技術とその問題点〕[Prior art and its problems]

光ファイバを用いて例えば物体の速度を測定する光ファ
イバ速度計としては、光ファイバの先端から物体に照射
され反射されてきたレーザ光ど、レーザ光源からのレー
ザ光との光ビートによりドップラー効果に基づいて物体
の速度を測定する装置が知られている。第6図はこのよ
うな従来の光ファイバ速度計の一例を示すものである。
For example, an optical fiber velocimeter that uses an optical fiber to measure the speed of an object uses the Doppler effect due to the optical beat of the laser light from the laser light source, such as laser light that is irradiated from the tip of the optical fiber to the object and reflected. Devices are known that measure the velocity of an object based on FIG. 6 shows an example of such a conventional optical fiber speed meter.

本図において、He−Neレーザ等のレーザ光源1より
得られるレーザ光が、レンズ2を介して偏光ビームスプ
リッタ3に与えられる。そのレーザ光が偏光ビームスプ
リッタ3を透過する方向にレーザ光源1の偏光を合わせ
ておくものとすると、レーザ光は偏光ビームスプリッタ
3を透過してレンズ4に与えられる。レーザ光はレンズ
4によって集光され、光ファイバ5に入射される。光フ
ァイバ5はマルチモードの光ファイバが用いられ、レー
ザ光が光ファイバを通過する際にランダム偏光となる。
In this figure, laser light obtained from a laser light source 1 such as a He-Ne laser is applied to a polarizing beam splitter 3 via a lens 2. Assuming that the polarization of the laser light source 1 is adjusted in the direction in which the laser light passes through the polarizing beam splitter 3, the laser light passes through the polarizing beam splitter 3 and is applied to the lens 4. The laser beam is focused by a lens 4 and input into an optical fiber 5. A multi-mode optical fiber is used as the optical fiber 5, and the laser beam becomes randomly polarized when passing through the optical fiber.

光ファイバ5の先端は被測定物体が通過する領域にまで
延長されており、レーザ光は光ファイバ5を伝播してそ
の先端より放射される。
The tip of the optical fiber 5 extends to a region through which the object to be measured passes, and the laser beam propagates through the optical fiber 5 and is emitted from the tip.

さて被測定物体6が図示のように光ファイバ5の先端に
接近してくるとすると、放射されたレーザ光はこの被測
定物体6によって反射されて再び光ファイバ5に照射さ
れる。−力先ファイバ5の先端面5aだけに無反射コー
ティングを施さなければ先端面5aに於いてもレーザ光
は反射される(以下このレーザ光を参照光という)。こ
こで、被測定物体6による反射光だけがドツプラー効果
により被測定物体6の速度に比例して周波数偏移(ドツ
プラーシフト)を受けることとなる。従ってこのレーザ
光には信号成分が含まれているので、以下このレーザ光
を信号光という。これらの参照光及び信号光は共に光フ
ァイバ5内を逆方向に進行し、レンズ4を介して再び偏
光ビームスプリッタ3に与えられる。参照光及び信号光
は共にランダム偏光となっているので、これらのレーザ
光のうち入射レーザ光と同一の偏光成分のレーザ光はい
ずれも偏光ビームスプリッタ3を透過し、これと直角の
偏光成分を有するレーザ光は偏光ビームスプリッタ3に
よって反射されて、光電変換器7に与えられる。光電変
換器7では、光ビートによりこれらの反射光の周波数の
差、即ちドツプラーシフトに基づく周波数の電気信号が
得られる。従って、この信号の周波数を周波数測定器8
・によって測定し、そのデータに基づいて信号処理部9
により信号処理することにより被測定物体6の速度を測
定することが可能となる。
Now, when the object to be measured 6 approaches the tip of the optical fiber 5 as shown, the emitted laser light is reflected by the object to be measured 6 and is irradiated onto the optical fiber 5 again. - Unless anti-reflection coating is applied only to the tip end surface 5a of the destination fiber 5, the laser beam will be reflected also at the tip end surface 5a (hereinafter, this laser beam will be referred to as reference light). Here, only the light reflected by the object to be measured 6 undergoes a frequency shift (Doppler shift) in proportion to the speed of the object to be measured 6 due to the Doppler effect. Therefore, since this laser light contains a signal component, this laser light will hereinafter be referred to as signal light. Both the reference light and the signal light travel in opposite directions within the optical fiber 5 and are again applied to the polarizing beam splitter 3 via the lens 4. Since both the reference beam and the signal beam are randomly polarized, any of these laser beams with the same polarization component as the incident laser beam will pass through the polarization beam splitter 3, and the polarization component perpendicular to this will be transmitted through the polarization beam splitter 3. The laser beam having the polarizing beam splitter 3 is reflected by the polarizing beam splitter 3 and provided to the photoelectric converter 7. In the photoelectric converter 7, an electrical signal having a frequency based on the difference in frequency of these reflected lights, that is, the Doppler shift, is obtained by the optical beat. Therefore, the frequency of this signal is measured by the frequency measuring device 8.
・Based on the data, the signal processing unit 9
It becomes possible to measure the velocity of the object to be measured 6 by signal processing.

しかしながら、このような従来の光ファイバ速度計にあ
っては、レーザ光源1から発振するレーザ光を光ファイ
バ5に伝えると共に被測定物からの反射光を光電変換器
7に与える偏光ビームスプリッタ3が必要である。しか
も信号光及び参照先の偏光面はランダムであるため偏光
ビームスプリッタ3によりその一部分だけが反射されて
光電変換器7に伝えられるため、信号レベルが低くなる
という問題点があった。又偏光ビームスプリンタ3を介
してレーザ光源1に戻る参照光や信号光がレーザ光源1
に悪影響を与え、レーザ光の発振強度や周波数等が変動
するという問題があった。特に全体を小型化するためレ
ーザ光源に半導体レーザを用いることが考えられるが、
半導体レーザはレーザ光の戻り光により発振モードが著
しい影響を受けるため、レーザ光源1とレンズ2との間
に高価なアイソレータを設けてレーザ光の戻り光を防止
しなければならず、装置が複雑になるという問題点があ
った。
However, in such a conventional optical fiber velocimeter, the polarizing beam splitter 3 transmits the laser light oscillated from the laser light source 1 to the optical fiber 5 and provides the reflected light from the object to be measured to the photoelectric converter 7. is necessary. Moreover, since the polarization planes of the signal light and the reference destination are random, only a portion of the polarization plane is reflected by the polarization beam splitter 3 and transmitted to the photoelectric converter 7, resulting in a problem that the signal level becomes low. Also, the reference light and signal light that return to the laser light source 1 via the polarized beam splinter 3 are returned to the laser light source 1.
There was a problem in that the oscillation intensity, frequency, etc. of the laser beam fluctuated. In particular, it is conceivable to use a semiconductor laser as a laser light source in order to downsize the entire device.
Since the oscillation mode of a semiconductor laser is significantly affected by the return light of the laser beam, an expensive isolator must be installed between the laser light source 1 and the lens 2 to prevent the return light of the laser beam, making the device complicated. There was a problem with becoming.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明はこのような従来の光ファイバを用いた測定装置
の問題点に鑑みてなされたものであって、レーザ光源よ
り出射されるレーザ光を直接光ファイバに与えることに
よって装置を小型・軽量化することができる光ファイバ
を用いた測定装置を提供することを目的とするものであ
る。
The present invention has been made in view of the problems of conventional measuring devices using optical fibers, and aims to reduce the size and weight of the device by applying laser light emitted from a laser light source directly to the optical fiber. The object of the present invention is to provide a measuring device using an optical fiber that can perform the following steps.

〔発明の構成と効果〕[Structure and effects of the invention]

本発明による光ファイバを用いた測定装置は、一方の端
面が光軸の垂直線から所定のテーパ角を傾けてテーパ面
として構成され、該テーパ角は外部力、6+−/、あや
介L−c光、−エカ、入射、光7,1イバ内よりテーパ
面に達した光ビームが該テーパ面で全反射する角度に選
択され、他方の端面が被測定領域に導かれた光ファイバ
と、光ファイバのテーパ面に対して所定の角度に配置さ
れ、レーザ光を光ファイバに入射させるレーザ光源と、
光ファイバを通過し被測定対象により反射され光ファイ
バを逆方向に伝播して光ファイバのテーパ面に達したレ
ーザ光の全反射光を受光し、光信号を電気信号に変換す
る光電変換器と、光電変換器の出力に基づいて信号処理
する信号処理部と、を具備することを特徴とするもので
ある。
A measuring device using an optical fiber according to the present invention has one end face inclined at a predetermined taper angle from the perpendicular line of the optical axis to form a tapered surface. an optical fiber whose angle is selected such that the light beam reaching the tapered surface from inside the fiber is totally reflected on the tapered surface, and whose other end surface is guided to the measurement area; a laser light source that is arranged at a predetermined angle with respect to the tapered surface of the optical fiber and makes laser light enter the optical fiber;
A photoelectric converter that receives the totally reflected light of the laser beam that passes through the optical fiber, is reflected by the object to be measured, propagates in the opposite direction through the optical fiber, and reaches the tapered surface of the optical fiber, and converts the optical signal into an electrical signal. , and a signal processing section that performs signal processing based on the output of the photoelectric converter.

このような特徴を有する本発明によれば、光ファイバの
端面をテーバ状に加工することによって偏光ビームスプ
リフタ等の高価な部品を用いることなく、入射光と出射
光とを分離することが可能である。又反射光は光ファイ
バのテーパ面で全反射されるためレーザ光源に戻る戻り
光がなくなり、レーザ光の発振に悪影響を与えることが
ない。そノタメアイソレータ等を設けることなくレーザ
光源として半導体レーザを用いることが可能である。
According to the present invention having such characteristics, by processing the end face of the optical fiber into a tapered shape, it is possible to separate the incident light and the outgoing light without using expensive parts such as a polarizing beam splitter. It is. Further, since the reflected light is totally reflected by the tapered surface of the optical fiber, there is no return light returning to the laser light source, and there is no adverse effect on the oscillation of the laser light. It is possible to use a semiconductor laser as a laser light source without providing an isolator or the like.

従って偏光ビームスプリフタが不要なことと合わせて装
置を極めて小型・軽量化することが可能となる。
Therefore, in addition to eliminating the need for a polarizing beam splitter, it is possible to make the device extremely compact and lightweight.

〔実施例の説明〕[Explanation of Examples]

(発明の原理) 次に本発明の原理について説明する。本発明の光ファイ
バを用いた測定装置は第2図に示すように光ファイバの
端面を斜めに切断し切断面に対して鋭角でレーザ光を入
射させ、又切断面より反射光を出力させるようにしたも
のである。第2図において光ファイバlOのコア部の屈
折率をnl+ クラッド部の屈折率を02とし光ファイ
バ10の端面を切断した角(以下テーバ角という)をα
とする。
(Principle of the invention) Next, the principle of the invention will be explained. As shown in Fig. 2, the measuring device using the optical fiber of the present invention cuts the end face of the optical fiber obliquely, makes the laser beam enter the cut face at an acute angle, and outputs the reflected light from the cut face. This is what I did. In FIG. 2, the refractive index of the core of the optical fiber 10 is nl+, the refractive index of the cladding is 02, and the angle at which the end face of the optical fiber 10 is cut (hereinafter referred to as the Taber angle) is α
shall be.

ここでこの光ファイバ10の入射特性を考察するために
テーパ角αに対して適切な入射角を求める。通常光ファ
イバの許容入射角は開口数NAにより定められる。開口
数NAと光ファイバの内部の臨界角θcとの間には次式
の関係が成立つことが知られている。
Here, in order to consider the incident characteristics of this optical fiber 10, an appropriate incident angle is determined for the taper angle α. Normally, the allowable angle of incidence of an optical fiber is determined by the numerical aperture NA. It is known that the following relationship holds between the numerical aperture NA and the internal critical angle θc of the optical fiber.

NA=n、 sinθc #aIX n 、  −・−
=(1)但しΔは比屈折率差であり (nt −nx)
 /n+で表される。この式より屈折率nl及びNAか
ら臨界角θcが求まる。例えば比屈折率差Δを0.01
.開口数NAを0.2とすると、屈折率n1は1.41
.臨界角θcは約8.2°となる。
NA=n, sinθc #aIX n, -・-
= (1) where Δ is the relative refractive index difference (nt - nx)
/n+. From this formula, the critical angle θc can be found from the refractive index nl and NA. For example, the relative refractive index difference Δ is 0.01
.. If the numerical aperture NA is 0.2, the refractive index n1 is 1.41
.. The critical angle θc is approximately 8.2°.

そしてこの光ファイバ1oのチー・パ面10a(7)コ
アの中心にテーパ面の法線に対して夫々θ1゜θ2の角
度を有する光ビームが入射し、光ファイバ10のコア内
で夫々α−θc1α+θcを成す方向に進んだものとす
ると、スネルの法則より次式が成り立つ。
Light beams having respective angles of θ1° and θ2 with respect to the normal line of the tapered surface are incident on the center of the core of the tapered surface 10a (7) of this optical fiber 1o, and within the core of the optical fiber 10, each of the light beams has an angle of α- Assuming that the movement progresses in a direction that satisfies θc1α+θc, the following equation holds true from Snell's law.

但しθl、θ2〈π/2 従って端面がテーパ面10aとして加工された光ファイ
バ10に対しての入射角は・−の角度θ1と02の間の
光ビームである必要があり、その許容入射角θi(−θ
2−01)は次式で表される。
However, θl, θ2<π/2 Therefore, the incident angle to the optical fiber 10 whose end face is processed as the tapered surface 10a must be a light beam between the angles θ1 and 02, and the allowable incident angle θi(−θ
2-01) is expressed by the following formula.

θi =sin−’(n+5in(α+θc))−si
n−’(n+5in(&−θc )) −−−−−−=
(3)そしてこのテーパ角αを10’、30°、45”
としたときには許容入射角θiを夫々第3図(a)、 
(b)、 ’(C)に示すように変化する=そしてテー
パ角αが約45″で許容入射角θiの一部が光ファイバ
1oのテーパ面10aと一致するため、以後許容入射角
θiが減少する。従ってテーパ角αに対す・る許容入射
角θiの変化は第4図に示すものとなり、テーパ角が3
0°〜45@付近で急激に上昇し以後低下する。
θi = sin-'(n+5in(α+θc))-si
n-'(n+5in(&-θc)) --------=
(3) And this taper angle α is 10', 30°, 45"
When the allowable incident angle θi is shown in FIG. 3(a),
(b), ' changes as shown in (C)=Then, when the taper angle α is about 45'', a part of the allowable incident angle θi coincides with the tapered surface 10a of the optical fiber 1o, so from now on, the allowable incident angle θi becomes Therefore, the change in allowable incident angle θi with respect to taper angle α is as shown in Figure 4, and when the taper angle is 3
It rises rapidly in the vicinity of 0° to 45@ and then decreases.

そして光ビームを光ファイバ10に入射させることがで
きなくなる限界角は、入射角θ1がテーパ面10aに一
致するとき、即ちθ1が90@の場合であるため第(2
)式よりテーパ角αの限界角は次式により求まる。
The critical angle at which the light beam cannot enter the optical fiber 10 is when the incident angle θ1 coincides with the tapered surface 10a, that is, when θ1 is 90@,
), the limit angle of the taper angle α is determined by the following equation.

α−5in(1/nυ+θc 例えば前述の光ファイバでは限界角は53.37 ”と
なっている。
α-5in(1/nυ+θc For example, in the above-mentioned optical fiber, the critical angle is 53.37''.

次に第5図を参照しつつ光ファイバ10のテーパ面10
aからの出射特性について考察する。光ファイバ10の
コア内を通過する光は図示のように臨界角θc以下の反
射角を有している。そしてこの透過光が光ファイバ10
のテーパ面10aで全反射する条件は次式で示される。
Next, referring to FIG. 5, the tapered surface 10 of the optical fiber 10
Let us consider the emission characteristics from a. As shown in the figure, the light passing through the core of the optical fiber 10 has a reflection angle that is less than the critical angle θc. This transmitted light is transmitted through the optical fiber 10.
The conditions for total reflection at the tapered surface 10a are expressed by the following equation.

θ3 >5in(1/n+) θ3−α−θc   −−−−−−−441。θ3 > 5in (1/n+) θ3-α-θc ------441.

ここでコア部の屈折率n、を1.41とすると、α〉5
3.37 @のときに全反射することとな4゜又テーパ
面10aで全く反射が起こらない条件は次式で示される
Here, if the refractive index n of the core part is 1.41, α>5
3.37 The conditions under which total reflection occurs at 4° and no reflection at all at the tapered surface 10a are expressed by the following equation.

θ4 >5in(1/n+) θ4−α+θc−・−−−−−(5) 従って限界角は次式 %式%) であり、この光ファイバではα< 36.97°のとき
に反射が起こらないこととなる。そしてテーパ角αが5
in(1/nt)−θcと5in(1/n1)+θcの
角度の間(この例では36.97°〈α< 53.37
°)にあれば、出射範囲角θ0は直線的に減少する。従
ってテーパ角αに対する出射角θ0の変化は第4図に示
すものとなる。そして第4図に入射角θi。
θ4 > 5in (1/n+) θ4−α+θc−・−−−−−−(5) Therefore, the critical angle is the following formula (%), and in this optical fiber, reflection does not occur when α< 36.97°. There will be no. And the taper angle α is 5
Between the angles in(1/nt) - θc and 5in(1/n1) + θc (in this example, 36.97°<α< 53.37
), the output range angle θ0 decreases linearly. Therefore, the change in the output angle θ0 with respect to the taper angle α is as shown in FIG. Figure 4 shows the incident angle θi.

出射角θcが重なり合うテーパ角αの範囲内で光ファイ
バ10のテーパ面10aに対して入出射が行われること
となる。
The light enters and exits the tapered surface 10a of the optical fiber 10 within the range of the taper angle α where the output angles θc overlap.

(実施例の構成) 次に本発明の光ファイバを用いた測定装置の一実施例に
ついて説明する。第1図は本発明による光ファイバ速度
計の一実施例を示すブロック図である。本実施例ではレ
ーザ光源として半導体レーザ11を用い、そのレーザ光
をレンズ12によって集光してテーパ面10aを有する
光ファイバ10に与える。このテーパ角αは前述したよ
うに許容入射角θiと出射角θ0が重なり合う範囲、例
えば前述の光ファイバの例では36.97 ’〜53.
37゜の間、好ましくは第4図の2つの曲線が交わるテ
ーパ角α(約51@)に選択するものとする。このとき
光ファイバ10のテーパ角αからレーザ光が光ファイバ
10内に入射されるような角度に半導体レーザ11を配
置しておくものとする。そして光ファイバ10の他方の
先端部10bを被測定領域に配置する。−力先ファイバ
IQのチー パ面10aで全反射され、クラッド部を介
して外部に出射する光を受光するために、図示のように
テーパ面10aより大きい傾きを有する光軸上に集光レ
ンズ13を介して光電変換器7を設ける。そして光電変
換器7より得られる電気信号の周波数を測定する周波数
測定器8、及びその測定値に基づいて被測定物体の速度
を演算する信号処理部9を設けることは従来例と同様で
ある。
(Configuration of Example) Next, an example of the measuring device using the optical fiber of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an optical fiber velocimeter according to the present invention. In this embodiment, a semiconductor laser 11 is used as a laser light source, and the laser light is focused by a lens 12 and applied to an optical fiber 10 having a tapered surface 10a. As described above, this taper angle α is within the range where the allowable incident angle θi and the output angle θ0 overlap, for example, in the example of the optical fiber described above, from 36.97' to 53.9'.
The taper angle α (approximately 51@) shall be selected between 37°, preferably at which the two curves in FIG. 4 intersect. At this time, it is assumed that the semiconductor laser 11 is arranged at an angle such that the laser beam is incident into the optical fiber 10 from the taper angle α of the optical fiber 10. Then, the other end portion 10b of the optical fiber 10 is placed in the region to be measured. - In order to receive the light that is totally reflected by the tapered surface 10a of the destination fiber IQ and exits to the outside via the cladding, a condenser lens is placed on the optical axis having a larger inclination than the tapered surface 10a as shown in the figure. A photoelectric converter 7 is provided via 13. Similar to the conventional example, a frequency measuring device 8 that measures the frequency of the electrical signal obtained from the photoelectric converter 7 and a signal processing section 9 that calculates the velocity of the object to be measured based on the measured value are provided.

(実施例の動作) 次に本実施例の動作について説明する。半導体レーザ1
1から得られるレーザ光は集束レンズ12を介して光フ
ァイバ10のテーパ面10aに与えられ。テーパ面10
aより光ファイバ10に入射されて被測定領域にまで伝
送され他方の端面10bより出射される。さて被測定領
域の光ファイバ10の端面10bの前方に被測定物体6
が通過した場合には、このレーザビームからの反射光が
端面10bより再び光ファイバ10に与えられる。
(Operation of this embodiment) Next, the operation of this embodiment will be explained. Semiconductor laser 1
1 is applied to the tapered surface 10a of the optical fiber 10 via the focusing lens 12. Tapered surface 10
The light enters the optical fiber 10 from the point a, is transmitted to the region to be measured, and is emitted from the other end face 10b. Now, the object to be measured 6 is placed in front of the end face 10b of the optical fiber 10 in the area to be measured.
When the laser beam passes through, the reflected light from this laser beam is given to the optical fiber 10 again from the end face 10b.

この反射されたレーザ光は被測定物体6の速度に比例し
たドツプラーシフト(Δf)を受けるため、信号光の周
波数はfo+Δfとなる。又光ファイバ10の端面10
bには無反射コーティングが施されていないため、光フ
ァイバ10を伝播したレーザ光の一部がそのまま反射さ
れて周波数fOを有する参照光として信号光と共に光フ
ァイバ10を逆方向に伝播する。そしてテーパ面10a
に達すると、信号光及び参照光はテーパ面10aで前述
したよう−に全反射し、集光レンズ13によって集光さ
れて光電変換器7に与えられる。光電変換器7では参照
光及び信号光の光ビームによるヘテロダイン検波が行わ
れ、これらのレーザ光の周波数の差、即ちドツプラーシ
フトに基づく周波数Δfの電気信号が得られる。周波数
測定器8ではこの信号の周波数(Δf)を測定し、得ら
れたデータを信号処理部9によって処理することにより
速度情報を得ることができる。
Since this reflected laser light undergoes a Doppler shift (Δf) proportional to the speed of the object to be measured 6, the frequency of the signal light becomes fo+Δf. Also, the end face 10 of the optical fiber 10
Since no anti-reflection coating is applied to beam b, a part of the laser beam propagated through the optical fiber 10 is directly reflected and propagates in the opposite direction through the optical fiber 10 together with the signal beam as a reference beam having the frequency fO. and tapered surface 10a
When reaching this point, the signal light and the reference light are totally reflected on the tapered surface 10a as described above, and are focused by the condenser lens 13 and provided to the photoelectric converter 7. In the photoelectric converter 7, heterodyne detection is performed using the light beams of the reference light and the signal light, and an electrical signal having a frequency Δf based on the difference in the frequencies of these laser lights, that is, the Doppler shift is obtained. The frequency measuring device 8 measures the frequency (Δf) of this signal, and the signal processing section 9 processes the obtained data to obtain speed information.

尚、ここでは実施例を被測定物体の瞬時の速度を測定す
る装置として説明したが、瞬時速度を連続的に測定する
ことにより物体の振動を測定する装置として用いること
も可能である。
Although the embodiment has been described here as an apparatus for measuring the instantaneous velocity of an object to be measured, it can also be used as an apparatus for measuring the vibration of an object by continuously measuring the instantaneous velocity.

又本発明は物体の速度や振動を測定する装置の他に、光
ファイバを用いてレーザ光を双方向に通過させ、光ファ
イバの端面で出射光と入射光を分離する種々の装置に応
用することが可能である。
In addition to devices that measure the speed and vibration of objects, the present invention can be applied to various devices that use an optical fiber to pass laser light in both directions and separate the output light and the input light at the end face of the optical fiber. Is possible.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明による光ファ不バを用いた測定装置の一
実施例を示すブロック図、・第2図は光ファイバの端面
をテーパ面とした光ファイバの入射状態を示す原理図、
第3図(a)、第3図(b)、及び第3図(C)はテー
パ角αに対する許容入射角の変化を示す図、第4図はテ
ーパ角αに対する許容入射角θi及び出射角θOの変化
を示すグラフ、第5図は光ファイバのテーパ面からの出
射状態を示す原理図、第6図は従来の光ファイバを用い
た速度計の構成を示すブロック図である。 1・・−−−−−レーザ光源  2. 4. 12−・
−レンズ3−・−・・・偏光ビームスプリッタ  5.
10・・・−・・−光ファイバ  10a−・・・・−
テーパ面  6−・・−・被測定物体  7−・−・−
光電変換器  8・−・−・周波数測定器  9−−−
−−一信号処理部  11−−−−−−・半導体レーザ
  13−・・・−・−集光レンズ特許出願人  日本
科学工業株式会社 代理人弁理士 岡本官喜(他1名) 第1図 1o・−−・−−一先フフイIぐ 10a−−−−−・チーlぐ面 10b−−−−・・ 九7テイI<鳩品11−・−−−
−−一半4弥し一す゛ 第2図 1゜ 第3図 0a 0a 第4図 36.97  53.37 チーIぐ^  び0 第5図 0a
[Brief Description of the Drawings] Fig. 1 is a block diagram showing an embodiment of a measuring device using an optical fiber according to the present invention, and Fig. 2 shows an input of an optical fiber whose end face is tapered. Principle diagram showing the state,
Fig. 3(a), Fig. 3(b), and Fig. 3(C) are diagrams showing changes in the allowable incident angle with respect to the taper angle α, and Fig. 4 shows the allowable incident angle θi and the exit angle with respect to the taper angle α. FIG. 5 is a graph showing the change in θO, FIG. 5 is a principle diagram showing the state of emission from the tapered surface of an optical fiber, and FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a speedometer using a conventional optical fiber. 1.------Laser light source 2. 4. 12-・
-Lens 3--Polarizing beam splitter 5.
10...--Optical fiber 10a--
Tapered surface 6−・・−・Object to be measured 7−・−・−
Photoelectric converter 8 --- Frequency measuring device 9 ---
--- Signal processing unit 11 --- Semiconductor laser 13 --- Condensing lens Patent applicant Nihon Kagaku Kogyo Co., Ltd. Patent attorney Kanki Okamoto (and one other person) Figure 1 1o・---・---Ichisaki Fufui Igu 10a----・Chee lug side 10b---- 97 Tei I < pigeon product 11---・---
--Ichihan 4 Yashiichisu゛Fig. 2 1゜Fig. 3 0a 0a Fig. 4 36.97 53.37 Chi Igu^ bi 0 Fig. 5 0a

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)一方の端面が光軸の垂直線から所定のテーパ角を
傾けてテーパ面として構成され、該テーパ角は外部から
テーパ面を介して光ビームが入射し光ファイバ内よりテ
ーパ面に達した光ビームが該テーパ面で全反射する角度
に選択され、他方の端面が被測定領域に導かれた光ファ
イバと、前記光ファイバのテーパ面に対して所定の角度
に配置され、レーザ光を前記光ファイバに入射させるレ
ーザ光源と、 前記光ファイバを通過し被測定対象により反射され前記
光ファイバを逆方向に伝播して前記光ファイバのテーパ
面に達したレーザ光の全反射光を受光し、光信号を電気
信号に変換する光電変換器と、 前記光電変換器の出力に基づいて信号処理する信号処理
部と、を具備することを特徴とする光ファイバを用いた
測定装置。
(1) One end face is configured as a tapered surface by tilting a predetermined taper angle from the perpendicular line of the optical axis, and the taper angle is such that a light beam enters from the outside through the tapered surface and reaches the tapered surface from inside the optical fiber. The angle is selected such that the optical beam is totally reflected on the tapered surface, and the other end surface is placed at a predetermined angle with respect to the optical fiber guided to the measurement area and the tapered surface of the optical fiber, and the laser beam is emitted. a laser light source that is incident on the optical fiber; and a system that receives totally reflected light of the laser light that passes through the optical fiber, is reflected by the object to be measured, propagates in the opposite direction through the optical fiber, and reaches the tapered surface of the optical fiber. A measuring device using an optical fiber, comprising: a photoelectric converter that converts an optical signal into an electrical signal; and a signal processing section that processes a signal based on the output of the photoelectric converter.
(2)前記レーザ光源は、半導体レーザであることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の光ファイバを用い
た測定装置。
(2) The measuring device using an optical fiber according to claim 1, wherein the laser light source is a semiconductor laser.
(3)前記光ファイバのテーパ角αは、光ファイバのコ
ア部の屈折率をn_1、臨界角をθcとしたときsin
(1/n_1)−θcからsin(1/n_1)+θc
の間に選択されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の光ファイバを用いた測定装置。
(3) The taper angle α of the optical fiber is sin when the refractive index of the core of the optical fiber is n_1 and the critical angle is θc.
(1/n_1)-θc to sin(1/n_1)+θc
A measuring device using an optical fiber according to claim 1, wherein the measuring device is selected between the following.
JP17843785A 1985-08-12 1985-08-12 Measuring instrument using optical fiber Granted JPS6238380A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019186914A1 (en) * 2018-03-29 2019-10-03 三菱電機株式会社 Laser radar device

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EP3754364B1 (en) * 2018-03-29 2023-01-11 Mitsubishi Electric Corporation Laser radar device
US11933903B2 (en) 2018-03-29 2024-03-19 Mitsubishi Electric Corporation Laser radar device

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